TW201314495A

TW201314495A - ３ｄ手勢控制系統與控制方法

Info

Publication number: TW201314495A
Application number: TW100133297A
Authority: TW
Inventors: tian-shun Liu
Original assignee: Gi Yi Electromic Co Ltd
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-04-01

Abstract

本發明係一種３Ｄ手勢控制系統與控制方法，其使用者以手掌於手勢偵測裝置之感測區域內移動，使水平方向Ｘ軸偵測裝置、垂直方向Ｙ軸偵測裝置及遠近距離Ｚ軸偵測裝置之紅外線發射器所發出之紅外線受阻擋，該受阻擋之紅外線分別傳達至水平方向Ｘ軸偵測裝置、垂直方向Ｙ軸偵測裝置及遠近距離Ｚ軸偵測裝置之紅外線接收器，該紅外線接收器將接收之訊號，傳遞至手勢解析裝置之數位／類比轉換器進行信號之轉換，並將轉換之信號傳遞至微處理控制器進行分析，再將分析後之資訊傳遞至輸出驅動介面，以非接觸之方式控制家電裝置，並防止觸碰開關後細菌傳遞及污損之問題，且可降低開關長時間受力觸碰產生損壞，以達使用便利性佳及系統穩定性佳之功效。

Description

３Ｄ手勢控制系統與控制方法

　　本發明係一種３Ｄ手勢控制系統與控制方法，尤指一種應用於非接觸光學感測手勢控制之家電用品開關裝置所屬技術領域者。

　　按目前廣泛使用的家用電器設備開關或調整旋鈕，其係分為接觸式控制開關及非接觸式控制開關，而習知接觸式控制開關需接觸到控制器實體按壓或轉動才會作動，此種接觸式控制裝置具有下列缺點存在：（１）因需以觸碰方式切換控制開關，故具有衛生及細菌傳染之風險；（２）不同的使用者其觸碰切換控制開關之施力大小及方向不同，故易因使用不當產生損壞；（３）一組開關只能控制一個迴路，當有多組迴路需控制時，則須極大之空間，故其使用便利性差；（４）因需以觸碰方式切換控制開關，故長時間使用控制開關周圍易產生髒污。

　　另習知非接觸式控制開關，其係以語音控制系統或影像控制系統控制，該語音控制系統具有辨識性低及易受外界干擾之缺點，在吵雜之環境無法控制其作動，而影像控制系統其組成單元複雜且生產成本高，於控制時對環境光源之要求極高，光源太暗或太亮之環境皆無法使用。

　　歸納前述之缺點，本發明乃研發一種克服前述缺點之非接觸光學感測手勢控制控制開關系統。

＜發明動機＞

　　本發明有鑑於習知家用電器設備開關或調整旋鈕使用便利性差及生產成本高之問題，乃完成本發明之３Ｄ手勢控制系統與控制方法。

＜發明目的＞

　　本發明之主要目的在於提供一種３Ｄ手勢控制系統與控制方法，其係包括一手勢偵測裝置及一手勢解析裝置，其手勢偵測裝置之水平方向Ｘ軸偵測裝置、垂直方向Ｙ軸偵測裝置及遠近距離Ｚ軸偵測裝置，分別與手勢解析裝置之數位／類比轉換器連結，而數位／類比轉換器再與微處理控制器連結，該微處理控制器又與輸出驅動介面連結，藉由使用者以手掌於手勢偵測裝置之感測區域內移動，使水平方向Ｘ軸偵測裝置、垂直方向Ｙ軸偵測裝置及遠近距離Ｚ軸偵測裝置之紅外線發射器所發出之紅外線受阻擋，該受阻擋之紅外線分別傳達至紅外線接收裝置，該紅外線接收器將接收之訊號，傳遞至手勢解析裝置之數位／類比轉換器進行信號之轉換，並將轉換之信號傳遞至微處理控制器進行分析，再將分析後之資訊傳遞至輸出驅動介面，以非接觸之方式控制家電裝置，並防止觸碰開關後細菌傳遞及污損之問題，且可降低開關長時間受力觸碰產生損壞，以達使用便利性佳及系統穩定性佳之功效。

　　為使　貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構，特徵及其他目的，玆以如后之較佳實施例附以圖式詳細說明如后，惟本圖例所說明之實施例係供說明之用，並非為專利申請上之唯一限制者。

　　請配合參閱第一至三圖所示，係本發明３Ｄ手勢控制系統之整體組成系統、手勢偵測裝置細部單元及手勢解析裝置細部單元示意圖，其係包括：

　　一手勢偵測裝置（１０），該手勢偵測裝置（１０）設有一水平方向Ｘ軸偵測裝置（１１）、一垂直方向Ｙ軸偵測裝置（１２）、一遠近距離Ｚ軸偵測裝置（１３）、一紅外線接收裝置（１４）及一感測區域（１５），而感測區域（１５）係為水平方向Ｘ軸偵測裝置（１１）及垂直方向Ｙ軸偵測裝置（１２）之最大感應偵測範圍，且水平方向Ｘ軸偵測裝置（１１）之水平左右二側分設有一紅外線發射器（１１０），而垂直方向Ｙ軸偵測裝置（１２）之垂直上下二側分設有一紅外線發射器（１２０），該遠近距離Ｚ軸偵測裝置（１３）設有一紅外線發射器（１３０）；以及

　　一手勢解析裝置（２０），該手勢解析裝置（２０）設有一數位／類比轉換器（２１）、一微處理控制器（２２）及一輸出驅動介面（２３），該微處理控制器（２２）連結設有一手勢資料庫（２２０），其數位／類比轉換器（２１）係與手勢偵測裝置（１０）之水平方向Ｘ軸偵測裝置（１１）、垂直方向Ｙ軸偵測裝置（１２）及遠近距離Ｚ軸偵測裝置（１３）分別連結，而數位／類比轉換器（２１）再與微處理控制器（２２）連結，該微處理控制器（２２）又與輸出驅動介面（２３）連結；

　　藉由上述裝置及單元之配合，以完成本發明之３Ｄ手勢控制系統。

　　請配合參閱第一至三圖所示，係本發明３Ｄ手勢控制系統與控制方法之整體組成系統、手勢偵測裝置細部單元及手勢解析裝置細部單元示意圖，其係利用紅外線反射原理偵測請識別出手勢的控制系統，該手勢偵測裝置（１０）之水平方向Ｘ軸偵測裝置（１１）、垂直方向Ｙ軸偵測裝置（１２）及遠近距離Ｚ軸偵測裝置（１３），分別與手勢解析裝置（２０）之數位／類比轉換器（２１）連結，而數位／類比轉換器（２１）再與微處理控制器（２２）連結，該微處理控制器（２２）又與輸出驅動介面（２３）連結，藉由使用者以手掌於手勢偵測裝置（１０）之感測區域（１５）內移動，使水平方向Ｘ軸偵測裝置（１１）、垂直方向Ｙ軸偵測裝置（１２）及遠近距離Ｚ軸偵測裝置（１３）之紅外線發射器（１１０）（１２０）（１３０）所發出之紅外線受阻擋，該受阻擋之紅外線分別傳達至紅外線接收裝置（１４），該紅外線接收器（１４）將接收之訊號，傳遞至手勢解析裝置（２０）之數位／類比轉換器（２１）進行信號之轉換，並將轉換之信號傳遞至微處理控制器（２２）進行分析，再將分析後之資訊傳遞至輸出驅動介面（２３），以非接觸之方式控制家電裝置，並防止觸碰開關後細菌傳遞及污損之問題，且可降低開關長時間受力觸碰產生損壞，以達使用便利係佳及系統穩定性佳之功效。

　　請配合參閱第四至七圖所示，係本發明３Ｄ手勢控制系統之手勢偵測裝置之立體狀態、手勢分析控制方法處理流程、手勢讀取週期動作及使用狀態參考圖，其控制方法之操作流程係包括：

（Ａ１）感測區域接收信號：於感測區域內接收各組紅外線感測器之信號；

（Ａ２）信號紀錄：紀錄多組手勢偵測裝置偵測之反射信號變化；

（Ａ３）感測區域空：感測區域之紅外線感測器為接收到任何信號，則回復到感測區域接收信號階段進行偵測；

（Ａ４）信號轉換：將紀錄的多組手勢偵測裝置偵測之信號特徵，經由手勢解析裝置之數位／類比轉換器數位化，並以微處理控制器依數位化之信號建立曲線圖；

（Ａ５）資料比對：與手勢解析裝置之手勢資料庫進行手勢資料比對；

（Ａ６）辨識成功：曲線圖符合手勢解析裝置之手勢資料庫內比對資料則辨識成功，若不符合手勢解析裝置之手勢資料庫內比對資料，則發出錯誤訊息；

（Ａ７）控制信號輸出：手勢解析裝置之輸出驅動介面輸出控制信號，以進行指定之動作（如接點導通或通信埠送出一串資訊等）。

　　而其手勢讀取週期動作如第六圖所示，係以手掌左右移動水平移動於感應區域（１５），當手掌由左方移入感應區域（１５）時，左側之紅外線發射器（１１０）所發出之紅外線受阻擋，因而反射由紅外線接收裝置（１４）接收，如６－Ａ圖所示，隨手掌繼續往左移動，左側之紅外線發射器（１１０）受阻擋部分逐漸變少，反射之光量也隨之降低，同時中央之紅外線發射器（１３０）被反射的強度逐漸增加，如６－Ｂ圖所示，當手移至感測區域（１５）之中央時，中央之紅外線發射器（１３０）所發出之紅外線完全被反射，所以紅外線接收裝置（１４）所接收到的信號強度為最強，再如６－Ｃ圖所示，手掌繼續往右移動，此時中央之紅外線發射器（１３０）的反射量逐漸降低，右側之紅外線發射器（１１０）的反射量開始逐漸增加，此時左側之紅外線發射器（１１０）幾乎無任何反射，當手掌移至右側之紅外線發射器（１１０）之正上方時，反射量最大信號強度也最強，當手掌移出感應區域（１５）則所有反射信號消失，以完成一手勢讀取週期，而其基本手勢之類型列述如下：〔１〕手掌由左往右穿過感應區；〔２〕手掌由右往左穿過感應區；〔３〕手掌由上往下穿過感應區；〔４〕手掌由下往上穿過感應區；〔５〕手掌由左上往右下穿過感應區；〔６〕手掌由右下往左上穿過感應區；〔７〕手掌由右上往左下穿過感應區；〔８〕手掌由左下往右上穿過感應區；〔９〕手掌由握拳轉換為張開呈現於感應區；〔１０〕手掌由張開轉換為握拳呈現於感應區；〔１１〕手掌翻轉（掌心向自己轉成手背朝自己）呈現於感應區；〔１２〕手心朝上手指向內彎曲；〔１３〕手心朝下手指向內彎曲；〔１４〕兩手合掌往上張開；〔１５〕兩手從外向內合掌；藉由上述十五種基本手勢，進行系統之控制，另亦可依需求發展出各項手勢進行記憶。

請配合參閱第八、九圖所示，係本發明３Ｄ手勢控制系統與控制方法之實施例微處理控制器連結手勢學習模組系統及其控制方法操作流程示意圖，其整體構成裝置與本發明一至三圖相同，唯其係於手勢解析裝置（２０）之微處理控制器（２２）連結設有一手勢學習模組（２２１），藉由該手勢學習模組（２２１）進行新增手勢之學習，並以微處理控制器（２２）紀錄並與手勢資料庫（２２０）進行現有資訊比對，若手勢資料庫（２２０）無該項新手勢資訊，則新增該控制手勢至手勢資料庫（２２０），茲控制方法操作流程列述如下：

（Ｂ１）紀錄開始：開始學習新手勢並紀錄經由手勢解析裝置之微處理控制器進行紀錄；

（Ｂ２）信號紀錄：紀錄多組手勢偵測裝置偵測之反射信號變化；

（Ｂ３）操作完成：新手勢偵測學習完成，若新手勢尚未偵測學習完成，則回復至紀錄開始階段重新進行學習；

（Ｂ４）信號轉換：將紀錄新手勢信號特徵，由手勢解析裝置之數位／類比轉換器數位化後，傳遞至微處理控制器依數位化之信號建立曲線圖；

（Ｂ５）資料比對：微處理控制器連結手勢資料庫查詢是否有類似手勢資料，若有則發出提示訊息重新輸入，若無進入下一階段；

（Ｂ６）新手勢記憶：由手勢學習模組將學習資料與參數透過微處理控制器寫入手勢資料庫記憶。

茲將本發明之優點論述如下：

1.使用便利性佳：其使用者以手掌於手勢偵測裝置之感測區域內移動進行偵測，並將信號傳遞至手勢解析裝置之數位／類比轉換器進行信號之轉換，再將轉換之信號傳遞至微處理控制器進行分析，後將分析後之資訊傳遞至輸出驅動介面，以非接觸之方式控制家電裝置，並防止觸碰開關後細菌傳遞及污損之問題，故其使用便利係佳。

2.系統穩定性佳：其使用者以手掌於手勢偵測裝置之感測區域內移動進行偵測控制，以非接觸之方式控制家電裝置，防止開關長時間受力觸碰產生損壞，故其系統穩定性佳。

　　綜上所述，本發明確實可達到上述諸項功能及目的，故本發明應符合專利申請要件，爰依法提出申請。

(10)．．．手勢偵測裝置

(11)．．．水平方向X軸偵測裝置

(110)．．．紅外線發射器

(12)．．．垂直方向Y軸偵測裝置

(120)．．．紅外線發射器

(13)．．．遠近距離Z軸偵測裝置

(130)．．．紅外線發射器

(14)．．．紅外線接收裝置

(15)．．．感測區域

(20)．．．手勢解析裝置

(21)．．．數位/類比轉換器

(22)．．．微處理控制器

(220)．．．手勢資料庫

(221)．．．手勢學習模組

(23)．．．輸出驅動介面

(A1)．．．感測區域接收信號

(A2)．．．信號紀錄

(A3)．．．感測區域空

(A4)．．．信號轉換

(A5)．．．資料比對

(A6)．．．辨識成功

(A7)．．．控制信號輸出

(B1)．．．紀錄開始

(B2)．．．信號紀錄

(B3)．．．操作完成

(B4)．．．信號轉換

(B5)．．．資料比對

(B6)．．．新手勢記憶

第一圖係本發明之整體組成系統示意圖。

第二圖係本發明之手勢偵測裝置細部單元示意圖。

第三圖係本發明之手勢解析裝置細部單元示意圖。

第四圖係本發明之手勢偵測裝置之立體狀態示意圖。

第五圖係本發明之手勢分析控制方法處理流程示意圖。

第六圖係本發明之手勢讀取週期動作狀態示意圖。

第七圖係本發明之使用狀態參考圖。

第八圖係本發明之實施例微處理控制器連結手勢學習模組系統示意圖。

第九圖係本發明之實施例控制方法操作流程示意圖。

(10)．．．手勢偵測裝置

(20)．．．手勢解析裝置

Claims

一種３Ｄ手勢控制系統，其係包括：一手勢偵測裝置，該手勢偵測裝置設有一水平方向Ｘ軸偵測裝置、一垂直方向Ｙ軸偵測裝置、一遠近距離Ｚ軸偵測裝置、一紅外線接收裝置及一感測區域；以及一手勢解析裝置，該手勢解析裝置係與手勢偵測裝置連結。
如申請專利範圍第1項所述之３Ｄ手勢控制系統，其中，該感測區域係為水平方向Ｘ軸偵測裝置及垂直方向Ｙ軸偵測裝置之感應偵測範圍。
如申請專利範圍第1項所述之３Ｄ手勢控制系統，其中，該水平方向Ｘ軸偵測裝置之水平左右二側分設有一紅外線發射器，而垂直方向Ｙ軸偵測裝置之垂直上下二側分設有一紅外線發射器，該遠近距離Ｚ軸偵測裝置設有一紅外線發射器。
如申請專利範圍第1項所述之３Ｄ手勢控制系統，其中，該手勢解析裝置設有一數位／類比轉換器、一微處理控制器及一輸出驅動介面，而微處理控制器連結設有一手勢資料庫，其數位／類比轉換器係與手勢偵測裝置之水平方向Ｘ軸偵測裝置、垂直方向Ｙ軸偵測裝置及遠近距離Ｚ軸偵測裝置分別連結，而數位／類比轉換器再與微處理控制器連結，該微處理控制器又與輸出驅動介面連結。
如申請專利範圍第4項所述之３Ｄ手勢控制系統，其中，該微處理控制器更進一步連結設有一手勢學習模組，該手勢學習模組進行新增手勢之學習，並以微處理控制器紀錄並與手勢資料庫進行現有資訊比對，若手勢資料庫無該項新手勢資訊，則新增該控制手勢至手勢資料庫。
如申請專利範圍第5項所述之３Ｄ手勢控制系統，其中，該手勢學習模組控制方法操作流程係包括：（Ｂ１）紀錄開始：開始學習新手勢並紀錄經由手勢解析裝置之微處理控制器進行紀錄；（Ｂ２）信號紀錄：紀錄多組手勢偵測裝置偵測之反射信號變化；（Ｂ３）操作完成：新手勢偵測學習完成，若新手勢尚未偵測學習完成，則回復至紀錄開始階段重新進行學習；（Ｂ４）信號轉換：將紀錄新手勢信號特徵，由手勢解析裝置之數位／類比轉換器數位化後，傳遞至微處理控制器依數位化之信號建立曲線圖；（Ｂ５）資料比對：微處理控制器連結手勢資料庫查詢使否有類似手勢資料，若有則發出提示訊息重新輸入，若無進入下一階段；（Ｂ６）新手勢記憶：由手勢學習模組將學習資料與參數透過微處理控制器寫入手勢資料庫記憶。
一種３Ｄ手勢控制系統與控制方法，其控制方法流程係包括：（Ａ１）感測區域接收信號：於感測區域內接收各組紅外線感測器之信號；（Ａ２）信號紀錄：紀錄多組手勢偵測裝置偵測之反射信號變化；（Ａ３）感測區域空：感測區域之紅外線感測器為接收到任何信號，則回復到感測區域接收信號階段進行偵測；（Ａ４）信號轉換：將紀錄的多組手勢偵測裝置偵測之信號特徵，經由手勢解析裝置之數位／類比轉換器數位化，並以微處理控制器依數位化之信號建立曲線圖；（Ａ５）資料比對：與手勢解析裝置之手勢資料庫進行手勢資料比對；（Ａ６）辨識成功：曲線圖符合手勢解析裝置之手勢資料庫內比對資料則辨識成功，若不符合手勢解析裝置之手勢資料庫內比對資料，則發出錯誤訊息；（Ａ７）控制信號輸出：手勢解析裝置之輸出驅動介面輸出控制信號，以進行指定之動作（如接點導通或通信埠送出一串資訊等）。